電機及拖動課程設計 他勵直流電動機的回饋制動

1、第一章直流電動機工作原理(b)圖1-1直流電動機工作原理示意圖圖1.1是一臺直流電機的最簡單模型。N和S是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個用絕緣導體構成的電樞線圈abed，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片（換向片）上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個半圓銅片上又分別放置一個固定不動而與之滑動接觸的電刷A和B,線圈abed通過換向器和電刷接通外電路。將外部直流電源加于電刷A（正極）和B（負極）上，則線圈abed中流過電流，在導體ab中，電流由a指向b，在導體ed中，電流由e指向d。導體ab和ed分別處于

2、N、S極磁場中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導體ab和ed均受到電磁力的作用，且形成的轉(zhuǎn)矩逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖1-1（a）所示。當電樞旋轉(zhuǎn)180°，導體ed轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下，如圖1-1（b）所示，由于電流仍從電刷A流入，使ed中的電流變?yōu)橛蒬流向e，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方同。由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動機朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。14第二章直流電動

3、機的分類根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可以分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。他勵電機電路圖并勵電機電路圖串勵電機電路圖復勵電機電路圖(d)圖2-1直流電動機按勵磁方式的分類第三章他勵直流電動機的機械特性在他勵電動機中，Ua,Ra,If保持不變時，電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關系稱為他勵電動機的機械特性。根據(jù)公式：T=CITaE=CnEU=E+1R可得，他勵電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間有如下關系：EU-1RUIRUR丁丁CCCCCCC20EE/、EEEET當U、R、為常數(shù)時，n=f（T）為一條向下傾斜的直線，如圖3所示：aa圖3-0他勵直流電動機的固有特性其中：n=-U-稱為理想空載轉(zhuǎn)速；0CE0=R

4、a稱為機械特性的斜率，大小反映軟特性與硬特性；CC2ETAn=0T=RaT稱為負載時的轉(zhuǎn)速降。CCET由于電樞電路電阻Ra很小，所以機械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性為硬特性。31固有機械特性U=U、二電樞回路不串電阻時的機械特性。其方程式為：RT=n-pT0NN_EU-IRUIRUn=&&a=&&=aCCCCCCC2EEEEEET由于R較小，特性的斜率P小，所以他勵直流電動機的固有機械特性是一條稍稍向下a傾斜的直線，如3-2所示：圖3-1他勵直流電動機的固有特性固有特性稱為硬特性，其額定轉(zhuǎn)速變化率為:nnAn%=onx100%NnN32電樞串接電阻時的人為

5、機械特性將電樞回路串接電阻，而保持電源電壓和勵磁磁通不變其機械特性如圖3-2所示:圖3-2電樞串接電阻時的人為機械特性與固有機械特性相比，電樞串接電阻時的人為機械特性具有如下一些特點：1、理想空載轉(zhuǎn)速與固有特性時相同，且不隨串接電阻R的變化而變化；a2、隨著串接電阻的加大，特性的斜率P加大，轉(zhuǎn)速降落An加大，特性變軟，穩(wěn)定性3、機械特性由與縱坐標軸交于一點(n=n0)但具有不同斜率的射線族所組成;4、串入的附加電阻越大，電樞電流流過附加電阻所產(chǎn)生的損耗就越大。33改變電源電壓時的人為機械特性此時電樞回路附加電阻R=0，磁通保持不變。改變電源電壓，一般是由額定電壓向ka下改變。由機械特性方程，得

6、出這時的人為機械特性如圖3-3所示。與固有機械特性相比，當電源電壓降低時，其機械特性的特點為：1、特性斜率P不變，理想空載轉(zhuǎn)速n降低；02、機械特性曲線平行下移，機械特性由一組平行線所組成；3、a不變，機械特性的硬度不變。Vrr圖3-3改變電源電壓時的人為機械特性3.4減小勵磁電流時的人為特性減小勵磁電流I,則磁通減小，n°增加，0增加，a減小，人為特性如圖3-4所示:第四章他勵直流電機的制動為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，電力拖動系統(tǒng)往往需要使電動機盡快停轉(zhuǎn)或者由高速運行迅速轉(zhuǎn)為低速運行，為此需要對電動機進行制動，同時對于位能性負載的工作結(jié)構，為了獲得穩(wěn)定的下降速度也需要對電動機進行制動

7、。制動是電動機一個重要的運行狀態(tài)，其運行的特點是電磁轉(zhuǎn)矩Tm的方向與旋轉(zhuǎn)方向n相反。4.1他勵直流電動機的制動種類他勵直流電動機的制動方法包括能耗制動、反接制動和回饋制動三種。4.2回饋制動他勵電動機回饋制動的特點是：使電動機的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，因而E>Ua，電機處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)?；仞佒苿佑址譃橐韵聝煞N類型。4.2.1正向回饋制動一一電車下坡圖4-1回饋制動電車下坡過程系統(tǒng)工作在機械特性與負載特性2的交點a上。電車下坡時，T反向變成幫助電車向L下加速行駛，負載特性變?yōu)樘匦?。在T和-T的共同作用下，n加速，工作點由a點沿特L性1向上移動。到達n時，T=0

8、，但-T<0，即-T與n方向相同，在-T作用下，電機0LLL繼續(xù)加速，工作點越過n繼續(xù)向上移動。這時T反向，成為阻止電車下坡的制動轉(zhuǎn)矩。但0I-T>|T|，工作點繼續(xù)上移，直至機械特性1與負載特性3的交點b為止，T=-T,LL電車恒速往下行駛。自從工作點越過n后，n>n，使得E>U，電動機就進入了回饋制00a動過程，到達b點后，電機便處于回饋制動運行。由于這種回饋制動，電樞電壓方向沒有改變，故稱正向回饋制動。正向回饋制動與電機狀態(tài)相比，雖然n、E、U的方向都未改a變，但因E>U，使得I以及T反向，兩者的區(qū)別如圖4-2所示:aaO1O(a)電動狀態(tài)oo(b)制動狀態(tài)

9、圖4-2正向回饋制動時的電路圖正向回饋制動在調(diào)速過程中也時常出現(xiàn)，當電動機減速時，若減速后的理想空載轉(zhuǎn)速低于減速前的轉(zhuǎn)速，電機便會在調(diào)速過程的某一階段處于正向回饋制動過程。如圖4-3所示：(b)改變勵磁電流調(diào)速(a)改變電樞電壓調(diào)速圖4-3調(diào)速時出現(xiàn)的正向回饋制動在改變電樞電壓調(diào)速和改變勵磁電流調(diào)速時，工作點都要從a點平移到b點，然后經(jīng)c點到達d點穩(wěn)定運行。在be階段，n>n，電機處于正向回饋制動過程中。它的存在，0有利于縮短be短的時間，加快調(diào)速過程。4.2.2反向回饋制動一一下放重物制動時將電樞電壓反向并且在電樞回路中串聯(lián)一個制動電阻。制動前后的電路圖如圖4-4所示:E(a)電動狀態(tài)

10、OMn(b)制動狀態(tài)-0+圖4-4反向回饋制動時的電路圖這時，電動機拖動的是位能性恒轉(zhuǎn)矩負載。如圖4-5所示:圖4-5回饋制動下放重物過程制動前，系統(tǒng)運行在機械特性1與負載特性3的交點a上。制動瞬間，工作點平移到人為特性2上的b點，T反向，n迅速下降。當工作點到達c點時，在T和T的共同作用下，L電動機反向起動，工作點沿特性2繼續(xù)下移。到達d點時，轉(zhuǎn)矩等于理想空載轉(zhuǎn)矩，T=0，但T>0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)繼續(xù)反向加速，工作點繼續(xù)下移。當工作點到達eL點時，T二T，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行。這時的電動機在比理想空載轉(zhuǎn)速高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定下放L重物。在上述制動過程中，be段電機處于電壓反向反接制動過

11、程，cd段電機處于反向起動過程，de段電機處于回饋制動過程，在e點電機處于回饋制動運行。由于這種回饋制動是在電樞電壓反向后得到的，故稱反向回饋制動。反向回饋制動運行時，與圖4-4(a)的電動狀態(tài)時相比，如圖4-4(b)所示，由于n反向，E反向，且E>U，I方向不變，T方向不變，但與n方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩。aa電機處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能送回電源。回饋制動的效果也與制動電阻R的大小有關。R小,則特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下bb放重物慢。由圖4-4(b)可知，回饋制動運行時，為簡化分析，只取各量的絕對值，而不考慮其正負，則（Cn-U）可見，若要以轉(zhuǎn)速n下放負載轉(zhuǎn)矩T的重物，制動電

12、阻應為LCR=t（Cn-U）-RaTTEaaL0忽略T，則0CR=-(Cn-U)-RaTEaaL采用回饋制動下放重物時，轉(zhuǎn)速很高，超過了理想空載轉(zhuǎn)矩，要注意轉(zhuǎn)速不得超過電機允許的最高轉(zhuǎn)矩(產(chǎn)品目錄或電機手冊中可以查到)。同時還要注意有上式求得的R還bU+E要滿足R>fb-R的要求。bIaamax結(jié)論他勵電動機回饋制動就是使電動機的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，因而EUa，電機處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)。如果直流電源采用電力電子設備，則需要有逆變裝置才能將電能回饋給電網(wǎng)回饋制動主要分為一下兩種:正向回饋制動一電車下坡.電動機車下坡時，重力加速度將使車速增高，為了安全需要制動限速

13、。當電動機轉(zhuǎn)速升高而增大的電樞感應電動勢大于電網(wǎng)電壓時，電動機便變?yōu)榘l(fā)電機運行，它的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向都將倒轉(zhuǎn)，就限制了轉(zhuǎn)速進一步增高，起了制動作用。電樞電流方向倒轉(zhuǎn)，電功率回饋到電網(wǎng)，故稱為回饋制動，回饋的電功率來源于電動機車下坡時所釋放出來的位能。反向回饋制動一下放重物.心得體會我們通過學習電機與拖動，對他勵直流電動機有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次他勵直流電動機的課程設計，我們才把學到的知識與實踐相結(jié)合。從而對我們學的知識有了更進一步的理解，使我們進一步加深了對所學知識的記憶。在此次的他勵直流電動機的設計過程中，我更進一步地熟悉了電動機的結(jié)構及掌握了各組成部分的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題，同時我們也掌握了做設計的基本流程，為我們以后進行更復雜的設計奠定了堅實的基礎。設計本身并不是有很重要的意義,而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設計的成績無須看的太過于重要，而是設計的過程，設計的思想中的每一個環(huán)節(jié)，